網(wǎng)上營(yíng)業(yè)廳
掌上營(yíng)業(yè)廳
2023年11月，龍芯中科在發(fā)布會(huì)上公開(kāi)了其第四代微架構(gòu)首款產(chǎn)品——龍芯3A6000處理器。經(jīng)過(guò)評(píng)測(cè)，該款處理器的總體性能已經(jīng)可以媲美目前主流的Intel 10代酷睿和AMD Zen2處理器。它的推出無(wú)疑為我國(guó)芯片設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域注入了一針強(qiáng)心劑，表明我國(guó)桌面CPU自主研發(fā)設(shè)計(jì)踏上了新的臺(tái)階。
圖片來(lái)源：央視新聞
從二戰(zhàn)時(shí)的解密機(jī)器到送人上月球的飛船；從日常出行的交通工具再到我們閱讀這篇文章時(shí)所用的手機(jī)或電腦，我們?cè)谌粘９ぷ魃钪兄辽贂?huì)用到幾十甚至上百種芯片。而這一切，都得益于芯片技術(shù)的發(fā)展，更離不開(kāi)芯片的設(shè)計(jì)和制造。
從無(wú)到有、從弱到強(qiáng)，龍芯的誕生和發(fā)展見(jiàn)證了中國(guó)在信息技術(shù)領(lǐng)域的崛起。龍芯3A6000的突破性能和創(chuàng)新技術(shù)，極大增強(qiáng)了我國(guó)在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中的話語(yǔ)權(quán)和影響力，對(duì)我國(guó)信息安全和科技發(fā)展都具有重要意義。
那么，芯片到底是什么?它是如何制造出來(lái)的？龍芯又是怎么發(fā)展的呢？值此甲辰龍年歲首，讓我們走進(jìn)芯片的微觀世界，一起探尋“中國(guó)芯”的科技魅力吧！
01 小身材、大功能的芯片
芯片是半導(dǎo)體元件的總稱，又叫微電路、微芯片或集成電路，其本質(zhì)是半導(dǎo)體加集成電路，通常被制造在一塊半導(dǎo)體晶圓上。大部分芯片一般幾毫米到十幾毫米不等，雖然身材小巧但功能十分強(qiáng)大。日常生活中我們使用的許多電子設(shè)備的核心功能，靠的就是這枚小小的芯片。
芯片分為很多類型，比如CPU、GPU(圖形處理器)的處理器芯片，5G、Wi-Fi、藍(lán)牙的通信芯片，內(nèi)存、U盤里的存儲(chǔ)芯片，內(nèi)置陀螺儀的傳感芯片等。不同類型的芯片發(fā)揮著不同的功能，以手機(jī)為例，手機(jī)觸屏需要有觸控芯片，儲(chǔ)存信息需要有存儲(chǔ)芯片，實(shí)現(xiàn)通信功能要有基帶芯片、射頻芯片、藍(lán)牙芯片，想要拍出好看的照片就需要GPU芯片......
02 芯片為何難以制作？
雖然芯片只有指甲蓋大小，里面卻可以集成100多億個(gè)晶體管，復(fù)雜程度遠(yuǎn)超想象，其制作過(guò)程不亞于在方寸間建造一座城市。
芯片的微觀立體示意圖
（圖片來(lái)源：四川衛(wèi)視《了不起的分享》）
在芯片制作之前，首先要對(duì)芯片的電路圖和版圖進(jìn)行設(shè)計(jì),也就是IC設(shè)計(jì)。這就像建房子前的圖紙規(guī)劃，根據(jù)功能需要來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及遵守的法規(guī)等，設(shè)計(jì)好圖紙后再開(kāi)始動(dòng)工搭建。制作芯片也需要經(jīng)過(guò)類似步驟，才能確保制作過(guò)程不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。
不同尺寸硅片的芯片分布
（圖片來(lái)源：Photography Stack Exchange）
在IC設(shè)計(jì)完成后，芯片就可以進(jìn)行制作了。首先需要經(jīng)過(guò)熔煉、切割等過(guò)程，得到芯片所需的晶圓，再經(jīng)過(guò)“光刻”“摻雜”等步驟，得到所需的晶體管并實(shí)現(xiàn)它們之間的互連，之后再次繼續(xù)新一層的光刻，再通過(guò)封裝、測(cè)試等步驟，芯片就制作完成了。越是先進(jìn)制程的芯片，層數(shù)越多。一個(gè)芯片可以包含幾十層構(gòu)架，就像層層交織的高速公路。
圖片來(lái)源：央視新聞
一般而言，芯片做得越小、包含的晶體管越多，芯片的制造技術(shù)就越先進(jìn)。從1958年全球第一塊現(xiàn)代集成電路誕生至今，芯片已經(jīng)突破7納米制程工藝，換句話說(shuō)，芯片中晶體管之間的間距達(dá)到了7納米級(jí)別。一根頭發(fā)絲的直徑是60微米，而1微米等于1000納米，也就是說(shuō)，芯片晶體管元器件間距離比一根頭發(fā)絲還要小上6萬(wàn)倍！
1958年誕生的全球第一塊現(xiàn)代集成電路
（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
03 龍芯的突破之路
作為芯片的一種，電腦的核心組件CPU（Central Processing Unit，中央處理器）在電腦系統(tǒng)中扮演著類似人類大腦的角色。幾十年來(lái)，全球電腦CPU市場(chǎng)幾乎被英特爾和AMD瓜分。
直到20世紀(jì)90年代末，以夏培肅、金怡濂、周毓麟為代表的一批中國(guó)科學(xué)家認(rèn)為：“我國(guó)在芯片研發(fā)方面存在‘造不如買’的隱患，通用CPU是核心技術(shù)，不可受制于人”，呼吁并討論自主研發(fā)國(guó)產(chǎn)CPU。
2001年，中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所所長(zhǎng)李國(guó)杰組建課題組并開(kāi)始了自主CPU “龍芯”的研發(fā)之路。
僅僅一年后，我國(guó)首款自主研發(fā)的通用CPU“龍芯1號(hào)”于2002年8月10日清晨誕生了。
“當(dāng)‘login：’的字樣如約而至地出現(xiàn)在用‘龍芯1號(hào)’作CPU的計(jì)算機(jī)屏幕上，隨著一陣歡呼從中國(guó)科學(xué)院計(jì)算所北樓105房間傳出，中國(guó)人結(jié)束了只能用歐美人的CPU造計(jì)算機(jī)的歷史……”這是該項(xiàng)目負(fù)責(zé)人胡偉武在日記中寫下的話。 “龍芯1號(hào)”的研制成功在我國(guó)計(jì)算機(jī)發(fā)展史上具有里程碑式的意義，是我國(guó)研制自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高性能通用CPU的典范之作。從此，中國(guó)的計(jì)算機(jī)終于擁有了自己的“中國(guó)芯”！
2005年4月，龍芯2號(hào)在北京人民大會(huì)堂召開(kāi)發(fā)布會(huì)。
2007年7月，龍芯第一款產(chǎn)品芯片龍芯2F流片成功問(wèn)世。
2009年9月， “龍芯3A”流片成功，這是我國(guó)首款四核CPU，是“中國(guó)芯”取得重要進(jìn)展的標(biāo)志。
經(jīng)過(guò)20年研發(fā)與生態(tài)建設(shè)，龍架構(gòu)（LoongArch）在2020年發(fā)布。作為中國(guó)歷史上首個(gè)100%自研的芯片指令集，其從頂層架構(gòu)到指令功能和 ABI 標(biāo)準(zhǔn)等，全部無(wú)需國(guó)外授權(quán)，具有較好的自主性、先進(jìn)性和兼容性，讓我國(guó)徹底擺脫了對(duì)國(guó)外廠商的依賴。
2021年，龍芯中科發(fā)布了一款跨時(shí)代產(chǎn)品——龍芯3A5000處理器，首次實(shí)現(xiàn)了從指令集、微構(gòu)架到芯片設(shè)計(jì)的完全自研，是一款根紅苗正的100%純國(guó)產(chǎn)處理器。
2023年8月，龍芯3A6000處理器研制成功，它的出現(xiàn)引發(fā)了網(wǎng)友們的驚嘆和熱議。作為我國(guó)自主CPU發(fā)展的重要里程碑，其突破性能和創(chuàng)新技術(shù)為我國(guó)的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的活力。
龍芯3A6000
（圖片來(lái)源：央視新聞）
盡管前路艱難，龍芯仍堅(jiān)持“為人民做龍芯、為國(guó)家做龍芯”，通過(guò)大量堅(jiān)實(shí)奮發(fā)的實(shí)際工作，自立自強(qiáng)摸索出了一條前人沒(méi)有走過(guò)的路。
科技自立自強(qiáng)是國(guó)家強(qiáng)盛之基、安全之要。二十余年，以龍芯為代表之一的眾多國(guó)產(chǎn)芯片，正在積極走向開(kāi)放市場(chǎng)，努力建成自主掌控的信息技術(shù)體系，努力讓“中國(guó)芯”從國(guó)產(chǎn)替代走向國(guó)產(chǎn)突破。如今，國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為中國(guó)科技領(lǐng)域的一股強(qiáng)大力量，帶動(dòng)著相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展和完善，促進(jìn)著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)。
“待到中華騰飛日，且讓世界聽(tīng)龍吟”，《龍芯誓詞》已逐漸從理想變成現(xiàn)實(shí)，在手機(jī)電腦中、在工廠車間內(nèi)、在高鐵飛機(jī)里、在北斗衛(wèi)星上......越來(lái)越多的中國(guó)“芯”正在閃耀跳動(dòng)，發(fā)出屬于中國(guó)巨龍的聲音。
參考資料：
1、中國(guó)青年報(bào)：《夏培肅：為中國(guó)“芯”甘為人梯》，作者：中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 溫維娜、實(shí)習(xí)生 何萍；
2、 市界 ：《龍芯，中國(guó)CPU追趕美國(guó)20年》；
3、鈦媒體App:《新一代國(guó)產(chǎn)芯片龍芯3A6000發(fā)布，胡偉武：中國(guó)有望解決芯片“卡脖子”問(wèn)題｜硅基世界》，作者｜林志佳；
4、企業(yè)家雜志公眾號(hào)：《為國(guó)做“芯”——訪龍芯中科技術(shù)股份有限公司董事長(zhǎng)胡偉武》，作者：姚詠梅；
5、央視中國(guó)經(jīng)濟(jì)大講堂：《央視最強(qiáng)科普：什么是芯片？一顆芯片是怎么誕生的？》；
6、網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)急技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室公眾號(hào) ：《一文看懂國(guó)產(chǎn)芯片現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)》，作者：中國(guó)網(wǎng)安；
7、“中關(guān)村科學(xué)城”公眾號(hào)：《“且讓世界聽(tīng)龍吟”，這是龍芯中科的“芯故事”與“芯思考”》；
8、 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教育基金會(huì)公眾號(hào)：《夏培肅：中國(guó)計(jì)算機(jī)事業(yè)的無(wú)名先驅(qū)》。
新浪微博
今日頭條
騰訊微信
